Le contrôle d’étanchéité (Leak Tightness Testing en anglais) symbole LT) est une méthode d’essai non destructif (END) destinée à localiser les fuites et à évaluer leur importance en termes de débit ou de flux. Cette méthode a acquis ses lettres de noblesse dès 1942 aux États-Unis avec les projets « Manhattan » et en 1962 en France, avec l’enrichissement isotopique de l’uranium par diffusion gazeuse, à l’usine de Pierrelatte.

1.Principe

On appelle défaut d’étanchéité l’absence de matière qui autorise une fuite.Par définition la fuite est le passage d’un fluide d’un coté à l’autre d’une paroi. Il n’y a fuite que lorsque le défaut d’étanchéité est soumis à une différence de pression. Suivant le fluide concerné (liquide ou gazeux), la grandeur caractérisant une fuite est appelée « débit » «  ou «  flux ». Les liquides étant incompressibles, nous parlons de débit-volume ou de débit-masse. Les gaz occupant le volume dont ils disposent, la quantification tient compte de la pression. Le flux de fuite se mesure en pascal mètre cube par seconde (symbole Pa m 3s-1, dont l’expression en unités SI de base est m² kg s-3). Pour qu’un flux de fuite existe, il faut que soit mis en présence.

Un fluide, un défaut d’étanchéité et une différence de pression.

L’écoulement d’une fuite peut être modifié par :

- La nature du fluide ; air, gaz traceurs (hélium, ammoniac, halogènes, gaz du processus),

- La différence de pression entre les parois interne et externe,

- L’environnement du défaut influençant, plus ou moins, l’aptitude du passage du courant gazeux.

L’étanchéité d’un objet est déterminée par le mesurage de son flux de fuite, à savoir, la quantité de fluide qui rentre ou qui sort, dans les conditions de fonctionnement ou du contrôle.

2. Mode d'examen

Le contrôle d’étanchéité est une méthode de CND qui s’applique aux pièces achevées.

Elles doivent être propres, sèches et dégraissées.

Pour mettre en œuvre ces contrôles, cinq techniques sont utilisées :

- Contrôle à la bulle,

- Contrôle par variation de pression,

- Contrôle par traceur halogéné,

- Contrôle par réaction chimique du gaz ammoniac,

- Contrôle à l’hélium par spectrométrie de masse.

  • Mise en œuvre et sensibilité

2.1 Contrôle à la bulle

  • En pression

La pièce est mise en pression de gaz et immergée dans un liquide (contrôle global)  ou aspergée d’une solution tensioactive (contrôle local) ; La fuite se matérialise par l’apparition régulière de bulles ou de mousse au droit du défaut traversant.

Sensibilité ≈ 1 x 10-4 Pa m3 s-1 (fonction de la pression).

  • Boite à dépression

La surface extérieure de la pièce est mise en présence d’une solution tensioactive, la boite à dépression est appliquée sur la surface et mise sous vide ; au droit de la fuite de la mousse ou des bulles apparaissent.

Contrôle local

Sensibilité ≈ 1 x 10-3 Pa m3 s-1.

2.2 Contrôle par variation de pression

La pièce est mise en pression ou en dépression par rapport à la pression atmosphérique. En présence d’une fuite, la pression interne tend vers la pression atmosphérique.

Contrôle global.

Sensibilité ≈ 1 x 10-5 Pa m3 s-1 (fonction du volume, du temps, du capteur de pression).

2.3 Contrôle par traceur halogéné

La pièce est mise en pression au moyen d’un gaz (ou mélange) halogéné. Les zones à contrôler sont inspectées manuellement, à l’aide d’une sonde dereniflage reliée au détecteur de fuite. Le gaz qui s’écoule par la fuite est analysé et quantifié par le détecteur. L’étalonnage est réalisé au moyen d’une fuite calibrée disposée dans les conditions du contrôle.

Contrôle global (reniflage avec accumulation)

Sensibilité ≈ 1 x 10-7 Pa m3 s-1 (fonction du temps et du volume de la poche).

Contrôle local (reniflage direct)

Sensibilité ≈ 1 x 10-7 Pa m3 s-1.

Note : Le rejet des gaz halogénés dans l’atmosphère est INTERDIT.

2.4 Contrôle par réaction chimique du gaz ammoniac

La pièce est mise sous vide avant sa mise en pression  d’ammoniac. La zone externe à contrôler est passivée avant mise en peinture réactive (jaune). Au droit du défaut traversant, le gaz ammoniac réagit avec le réactif (bleu de bromophénol) qui vire localement, du jaune au bleu.

Contrôle local

Sensibilité ≈ 1 x 10-7 Pa m3 s-1

Note : le gaz ammoniac est un gaz toxique et inflammable. Le rejet de la solution ammoniaquée impose sa neutralisation

2.5 Contrôle hélium par spectrométrie de masse

  • Sous vide

La pièce est mise sous vide avant d’être mise en relation avec le détecteur de fuite (spectromètre de masse, calé sur l’hélium). La pièce dans sa totalité (contrôle global) ou bien certaines zones (contrôle partiel) sont mises sous ambiance hélium. L’hélium qui s’écoule par la fuite est analysé et quantifié par le détecteur de fuite. L’étalonnage est réalisé au moyen d’une fuite de référence raccordée à la pièce.

Sensibilité ≈ 1 x10-10 Pa m3 s-1.

La localisation de la fuite est réalisée par la technique au jet d’hélium (pulvérisation du gaz traceur sur les endroits suspects).

  • Boite à dépression

La boite à dépression est appliquée sur la zone à contrôler. Après mise sous vide, elle est reliée au détecteur de fuite. La paroi opposée est mise sous ambiance hélium. L’hélium qui s’écoule par la fuite est analysé et quantifié par le détecteur. L’étalonnage est réalisé au moyen d’une fuite de référence raccordée à la boite à dépression.

Contrôle local

Sensibilité ≈ 1 x 10-9 Pa m3 s-1.

  • En pression

La pièce est mise en pression d’hélium. Les zones à contrôler sont inspectées par une sonde de reniflage, reliée au détecteur de fuite. L’hélium qui s’écoule par la fuite est analysé et quantifié par le détecteur. L’étalonnage est réalisé au moyen d’une fuite calibrée disposée dans les conditions du contrôle ou bien au moyen d’hélium naturel de l’air.

Contrôle global (reniflage avec accumulation)

Sensibilité ≈ 1 x 10-7 Pa m3 s-1 (fonction du temps et du volume de la poche).

Contrôle local (reniflage direct)

Sensibilité ≈ 1 x 10-7 Pa m3 s-1.

  • Ressuage

Cette technique s’applique aux petites pièces scellées. La pièce est pressurisée en hélium ; après aération, elle est mise dans une chambre à vide raccordée au détecteur de fuite. L’hélium qui a pénétré dans la pièce lors de la phase immersion, s’écoule dans la chambre à vide, pour être analysé et quantifié par le détecteur. L’étalonnage est réalisé au moyen d’une fuite de référence raccordée à la chambre à vide.

Contrôle global 

Sensibilité ≈ 1 x 10-9 Pa m3 s-1 (fonction du temps et de la pression d’immersion).

3. Domaine d'application

Le contrôle d’étanchéité prend place en contrôle final. Il permet de garantir :

- La qualité d’un produit en évitant des entrées de fluides lors de son élaboration,

- La sureté des matériels en confinant les produits dangereux dans le domaine de la Pétrochimie, de l’électronucléaire, du transport de gaz liquéfié,

- La sécurité des moyens de transport : automobile, aéronautique,

- La pérennité des installations dédiées à la recherche spatiale (chambres à vide, chambres de simulation) et fondamentale (accélérateurs de particules).

Les critères d’étanchéité ne sont pas définis dans des codes. Il appartient au donneur d’ordre d’en définir la valeur en fonction de ses objectifs.

Quelques chiffres :

Secteur automobile ≈ 1 x 10-5  Pa m3 s-1

Secteur nucléaire ≈ 1 x 10-8 Pa m3 s- 1

Recherche ≈ 1 x 10-11 Pa m3 s-1

Dans les conditions normales de température et pression, un flux de fuite de :

-       1 x 10-5 Pa m3 s-1 correspond au passage de 1 cm3 en 3 heures,

-       1 x 10-11 Pa m3 s-1 correspond au passage de 1 cm3 en 3 siècles.

Sous une différence de pression de 100 kPa et une longueur de 1 cm, une fuite de :

-       1 x 10-5 Pa m3 s-1 aurait un diamètre de 10 µm.

-       1 x 10-11 Pa m3 s-1 aurait un diamètre de 0,15 µm.

4. Intérêt de la méthode

Avantages

  • Les différentes techniques permettent de satisfaire à un diagnostic global et/ou ponctuel,
  • Mise en évidence de défauts traversant de l’ordre du µm,
  • L’évolution technologique de certains matériels permet l’automatisation des contrôles ainsi que le traitement du signal.

Inconvénients

  • Résultats liés à l’environnement du contrôle et à la préparation de la pièce,
  • Mise en évidence de défauts uniquement  traversant,
  • Utilisation de produits chimiques et de gaz sous pression.

5. Normes associées

Normes actuellement en vigueur

NF EN 1330-8 Essais non destructifs - Terminologie ; Termes utilisés en contrôle d’étanchéité

NF EN 1779 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Critères de choix de la méthode et de la technique

NF EN 13184 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Méthode par variation de pression

NF EN 13185/A1 modifiant la NF EN 13185:2001 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Méthode par gaz traceur

NF EN 1593 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Contrôle à la bulle

NF EN 1518 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Caractérisation des détecteurs de fuite à spectrométrie de masse

NF EN 13625 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Guide pour la sélection des instruments utilisés pour le mesurage des fuites gazeuses

NF EN 13192 Essais non destructifs - Contrôle d’étanchéité - Étalonnage des fuites de référence des gaz

« Texte élaboré par la COFREND en collaboration avec Francis Casado (Cegelec NdT) ».

Crédit photo : Cegelec NdT.

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